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Motorwagen [1]

[503] Motorwagen (Kraftwagen, Automobil, Selbstfahrer) dienen zur Beförderung von Personen oder Gütern. Sie sind mit einem oder mehreren Motoren nebst: den erforderlichen Getrieben zur Fortbewegung ausgerüstet und können unter Umständen auch noch einen oder mehrere Anhängewagen mitziehen. Je nach der Art der Betriebskraft unterscheidet man elektrische, Benzin- oder Dampfmotorwagen. Auch Spiritus und Petroleum werden zuweilen als Betriebsstoff verwendet (vgl. hierüber S. 506).[503]

I. Elektrisch betriebene Motorwagen.

Für die auf Schienen laufenden Straßenbahnmotorwagen ist die Betriebskraft fast ausschließlich Elektrizität, die in eignen Kraftstationen erzeugt und den Motoren durch besondere ober- oder unterirdische Leitungen zugeführt wird (vgl. Bd. 3, S. 306, A); auch sind Versuche mit Eisenbahnmotorwagen auf Vollbahnen gemacht worden, worüber in Bd. 3, S. 310 unter B, nachzusehen ist. Elektrische Straßenbahnmotorwagen mit eignen Akkumulatoren konnten sich nur spärlichen Eingang verschaffen, dagegen haben die nach diesem System gebauten elektrischen Kraftwagen für Straßenverkehr namentlich in Städten mit geringen Steigungen große Aufnahme gefunden. Die Wagen vermögen mit einer Ladung je nach der Größe der Akkumulatorenbatterie und den Steigungsverhältnissen und der Beschaffenheit der Straßen unter günstigsten Bedingungen bis zu 100 km Weg zu durchlaufen. Diese Wegstrecken sind für unsre heutigen Verkehrsansprüche verhältnismäßig kürz, die Wagen eignen sich daher weniger zu großen Ueberlandfahrten, da ihr Betrieb immer an das Vorhandensein elektrischer Kraftstationen gebunden ist. Indessen ist ihr Gang ein außerordentlich ruhiger und stoßfreier, auch laufen sie nach dem Abstellen des Motors leicht wieder an, was besonders in dem dichten Verkehr großer Städte zu ihren Gunsten spricht. An dem Wagen unterscheidet man den mechanischen Teil, das Untergestell oder Chassis, und den wagenbautechnischen Teil, den Aufbau oder die Karosserie. Dieselbe kann je nach dem Zweck bezw. Gebrauch des Wagens verschiedene Form haben, ohne daß das Chassis geändert zu werden braucht. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, den Wagen nach Bedarf oder Wunsch mit verschiedenen Karosserien versehen zu können, die, weil nur mit einigen wenigen Schrauben am Untergestell beteiligt, rasch auszuwechseln sind.

Fig. 1 zeigt ein elektrisches Landaulet, Fig. 2 stellt das zugehörige Untergestell dar. Die beiden Längsträger sind aus Blech mit aufgenieteten Winkeln in Z-Form hergestellt und ruhen mittels Federn auf der Vorder- und Hinterachse. Die auf den drehbaren Vorderachsschenkeln sitzenden Laufräder sind durch Hebel und Zugstangen mit der Lenkvorrichtung verbunden, die ihrerseits durch das oben auf der Lenksäule sitzende Handrad derart betätigt wird, daß beim Drehen dieses Rades die Vorderräder lieh entsprechend einstellen und dem Wagen seine Richtung geben. Jedes der beiden Hinterräder wird durch einen besonderen Elektromotor angetrieben, deren Aufhängung so ausgebildet ist, daß sie unabhängig vom Rahmen frei ausschwingen können (Fig. 3). Die Kraftübertragung geschieht durch einen auf der Motorwelle sitzenden Zahntrieb, der in den am Hinterrad mittels Bronzeflanschen beteiligten Zahnkranz aus Fiber mit der Uebersetzung von 1 : 10 eingreift. Die Lenkung, Bremsen, Anlasser, Um- und Ausschalter sitzen vorn auf der Stirnseite des Rahmens so gruppiert, daß sie im bequemen Bereich des Fahrers sind. Die Akkumulatorenbatterien sind getrennt auf dem Chassis gelagert, so daß Vorder- und Hinterachse je die Hälfte des Gesamtgewichts tragen. Sie bestehen in der Hauptsache aus gitterförmigen Bleiplatten, die nach einem besonderen Verfahren präpariert und zusammengesetzt werden. Eine Batterie von 240 Ampèrestunden mit einem Entladestrom[504] von 48 Ampère bei 5 Stunden Entladezeit besteht beispielsweise aus 46 Elementen, jedes zu 17 Platten, Größe 20 · 13 cm, und wiegt mit Kasten 850–875 kg. Zur weiteren Orientierung sei auf [1]–[8] verwiesen.

II. Kraftwagen mit Betrieb durch Benzinmotore.

Diese haben bis jetzt für Ueberlandfahrten die größte Verbreitung erlangt. Als Erfinder des heutigen Motorwagens mit Benzinbetrieb (Automobils) wie des Benzinmotors überhaupt gilt allgemein Gottlieb Daimler-Cannstatt. Benz-Mannheim hat zwar etwa um dieselbe Zeit auch angefangen, Automobile zu bauen, doch ist nicht bekannt, inwieweit dieser Erfinder unabhängig von Daimler arbeitete. Der Daimlerwagen wurde indessen erst von dem Zeitpunkt an lebensfähig, in dem Daimler den bis dahin angewandten Riemenantrieb verwarf und an dessen Stelle den komplizierteren, dafür aber einzig betriebsicheren Antrieb mit Zahnrädern einführte.

Eine Abart der für Ueberlandfahrten bestimmten sogenannten Tourenwagen bilden die in den letzten Jahren gebauten Rennwagen. Sie verdanken ihre Entstehung vornehmlich dem von Gordon Bennet gelüfteten Preis, der in einem besonderen, nach dem Stifter benannten internationalen Rennen dem siegenden Wagen bezw. dem Klub, dem der Wagen gehörte, überreicht wurde. Eine bemerkenswerte Eigenheit dieser Wagen ist, daß sie nach den für dieses Rennen gültigen Satzungen in der Leistung ihrer Motore zwar unbeschränkt sind, daß aber der ganze Wagen nicht mehr als 1000 kg wiegen darf. Dies hat dazu geführt, die Wagen mit gewaltigen Motoren bei denkbar geringsten Abmessungen der Einzelteile zu bauen. Damit aber bei der mit ihnen zu erreichenden hohen Geschwindigkeit (bis 150 km/Stunde) und der hieraus resultierenden Beanspruchung des Materials keine Brüche vorkommen, können hierzu nur hochwertige Stahle, die sogenannten legierten Nickel- oder Chromnickelstahle, verwendet werden, deren Fertigkeit im Mittel 100 kg pro 1 qmm bei 10% Dehnung und darüber beträgt. Ueber den Wert oder Unwert dieser Rennen und der hierfür gebauten Wagen läßt sich streiten, jedenfalls aber hatten sie zur unmittelbaren Folge, daß die Stahlwerke sich einrichteten, besonders für diesen Zweck geeignete edle Stahlsorten herzustellen, die nunmehr auch für Tourenwagen von jeder besseren Automobilfabrik im Interesse erhöhter Betriebssicherheit verwendet werden.

Untergestell (Chassis). Das Chassis oder Untergestell eines Benzinmotorwagens besteht in der Hauptsache aus den folgenden Gruppen. dem Motor mit Vergaser, Zündapparat, Kühler, Kühlwasserpumpe und Auspufftopf, dem Geschwindigkeitsgetriebe und Uebertragungsmechanismus auf die Triebräder, dem Rahmen mit Achsen, Rädern, Federn, Lenkung und Bremsen.

Die allgemeine Anordnung eines solchen Untergestells zeigt Fig. 4 im Aufriß und Fig. 5 im Grundriß; zwischen Kühler und Spritzwand sitzt der Motor und hinter diesem das Getriebe, beide an dem aus gepreßtem Stahlblech mit U-förmigem Querschnitt hergestellten Rahmen befestigt. Die Motorkraft wird durch das Geschwindigkeitsgetriebe hindurch mittels Wellen und Zahnrädern auf die Hinterachse und die mit ihr fest verbundenen Hinterräder übertragen. Die Räder der Vorderachse sitzen auf drehbaren Achsschenkeln, die durch Hebel mit der Lenkung verbunden sind; durch sie erhält der Wagen beim Fahren seine Richtung, während der Antrieb des Fahrzeugs durch die Hinterräder geschieht. Mit verschwindend geringer Ausnahme[505] sind fast alle Benzinwagenmotore nach dem sogenannten einfach wirkenden Viertaktsystem in stehender Anordnung gebaut.

Der Betriebsstoff, das Benzin, ist ein Petroleumdestillat von 0,68–0,72 spez. Gew. und einem Heizwert von 10000–10500 W.E. Es ist sehr verflüchtbar und daher leicht zu vergasen; die Benzindämpfe werden mit Luft gemischt, im Motor verdichtet und verbrannt, wobei etwa 20% der in dem Gemisch enthaltenen thermischen Energie sich in mechanische Arbeit umsetzen.

Vorübergehend ist vor einigen Jahren versucht worden, Spiritus zum Betriebe von Verbrennungsmotoren zu benutzen. Als Vorteil galt neben der volkswirtschaftlichen Seite, da der Spiritus im eignen Lande hergestellt werden konnte, die höhere thermische Ausbeute und der Umstand, daß die Auspuffgase des Spiritusmotors weniger unangenehm riechen als diejenigen des Benzinmotors. Infolge der in die Höhe getriebenen Spirituspreise ist man wieder davon abgekommen und zu dem billigeren Betrieb mit Benzin zurückgekehrt, um so mehr, als auch noch festgestellt wurde, daß das Innere der Motore beim Spiritusbetrieb stark rostet.

Zuweilen wird in Verbrennungsmotoren auch Petroleum als Betriebsstoff verwendet. Da dasselbe aber kein gleichmäßiges Destillationsprodukt, vielmehr aus schwer und leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffen zusammengesetzt ist, so geschieht seine Vergasung und Verbrennung nur unvollständig; dadurch riechen die ausgestoßenen Gase sehr übel. Auch wirkt die hiervon herrührende Verschmutzung im Zylinderinnern Hörend auf den Dauerbetrieb ein und macht ein öfteres Reinigen des Motors notwendig. In neuerer Zeit werden, durch die Verteuerung des Benzins veranlaßt, wieder Versuche mit dem gegenwärtig noch billigen Benzol aufgenommen, dessen Verflüchtbarkeit zwar weit geringer und dessen Vergasung demzufolge schwieriger als diejenige des Benzins ist; indessen steht zu hoffen, daß die Technik der noch bestehenden Schwierigkeiten bald Herr wird.

Motor. Wie schon erwähnt, kommt für Wagen mit Benzinmotoren fast nur der einfach wirkende stehende Viertaktmotor zur Anwendung. Seine Arbeitsweise (s. Verbrennungsmotoren) ist bekanntlich die, daß der Kolben beim ersten Niedergang das Gasgemisch durch das Einlaßventil aus dem Vergaser in den Zylinder ansaugt; kurz nach Ueberschreitung der untersten Kolbenstellung, des sogenannten Totpunktes, schließt sich dieses Ventil und der Kolben verdichtet bei seinem Rückgang das im Zylinder eingeschlossene Gemisch. Ist der Kolben in der Nähe des oberen Totpunktes angelangt, so erfolgt die Zündung. Der während der beinahe plötzlichen Verbrennung sich steigernde Gasdruck treibt jetzt den Kolben arbeitleistend wieder nach unten. Noch vor Beendigung dieses Krafthubes öffnet sich das Auspuffventil, um die nunmehr verbrannten Gase ins Freie entweichen zu lassen. Beim darauffolgenden Hochgang des Kolbens werden diese Gase durch das offen gehaltene Auslaßventil vollends ausgestoßen. Nachdem der Kolben den oberen Totpunkt überschritten hat, schließt sich das Auspuffventil; einen Augenblick später öffnet sich das Einlaßventil, und das Ansaugen des frischen Gasgemisches beginnt aufs neue. Hiernach ist also nur jeder vierte Hub ein Krafthub; während der übrigen Zeit und besonders während der Kompressionsperiode wirkt der Kolben hemmend. Das Drehmoment in der Kurbelwelle ist daher beim Einzylindermotor sehr ungleich, und da außerdem der Massenausgleich der hin und her gehenden Teile bei diesem Motor auch nicht vollständig gelingt, so laufen Wagen mit Einzylindermotoren nie so gleichmäßig als solche mit Mehrzylindermotoren. Aus diesem Grunde wird auch der Zweizylindermotor nur noch für billigere Fahrzeuge verwendet, während man in allen besseren Tourenwagen, sofern die Preisfrage nicht an erster Stelle steht, nur Vierzylinder- oder neuerdings gar Sechszylindermotoren findet, deren Massenausgleich mit der üblichen Kurbelanordnung fast ideal ist und die demzufolge in Verbindung mit dem gleichmäßigen Drehmoment dem Fahrzeug einen ruhigen, stoßfreien Gang geben. Am weitverbreitetsten ist zurzeit der Vierzylindermotor. Einen solchen zeigt Fig. 6 im Längsschnitt (teils durch die Zylinder, teils durch die Ventilkammern geschnitten).

Das Verhältnis zwischen dem Kolbenhub S und der Zylinderbohrung D liegt bei normalen Motoren zwischen 1 und 1,25. Je nach der Größe des Hubes schwankt die Umdrehungszahl n der Kurbelwelle zwischen 800 und 1800 Umgängen in der Minute. Die Kolbengeschwindigkeit v = S · n : 30 erreicht bei diesen Umgangszahlen 5 m/sec und darüber. Der mittlere effektive Druck p_m[506] auf die Kolbenfläche F = π D² : 4 wächst mit der Größe des Motors und seiner Güte; er kann 4,5–6 kg/qcm betragen. Die Nutzleistung N_e des Motors in effektiven Pferdestärken ist mit i Zylindern N_e = F · v · p_m · i : 4 · 75, also beim Vierzylindermotor = F · v · p_m : 75. (Die Leistungsformel, nach welcher der Wagen versteuert werden muß, lautet für D in Zentimetern und S in Metern N = 0,3 · i · D² · S.) Der Verdichtungsraum im Zylinder wird etwa 28% vom Hubvolumen F · S gemacht, die Spannung des Gemisches am Ende des Verdichtungshubes steigt mit diesem Verhältnis auf rund 5 Atmosphären. Der Verpuffungsdruck, nach welchem die Wandstärken der Zylinder und Kolben, die Kurbelwelle mit ihren Lagern und Zapfen samt dem Gestänge zu bemessen sind, erreicht bei dieser Verdichtungsspannung und normalem Gemisch 25–28 Atmosphären. Die Zylinder werden entweder einzeln oder paarweise, bei Sechszylindern in Gruppen zu dreien oder bei kleineren Vierzylindern alle vier in einem Stück, in dichtem zähem Grauguß gegossen. Für die Form des Verdichtungsraumes wie des Zylinders überhaupt ist die Anordnung der Ventile bestimmend. Diese werden heute fast nur noch seitlich vom Zylinder eingebaut und des Auswechselns wegen alle gleich groß, entweder Ein- und Auslaßventile alle auf einer Seite oder aber die Einlaßventile auf der einen und die Auspuffventile auf der andern Zylinderseite. Im ersten Falle hat man nur eine Steuerwelle und gemeinsamen Ein- und Ausströmkanal, im zweiten Fall werden zwei Steuerwellen benötigt, der Zylinder ist aber mit den getrennten Ein- und Auslaßkanälen vollständig symmetrisch. Für die Ventildurchmesser d und ihre Hubhöhe s erhält man brauchbare Abmessungen, wenn d = 0,35 bis 0,4 D und s = 0,06 bis 0,07 · S gemacht wird. Die Kurbelachse erleidet Biegungs- und Drehungsspannungen, die erstere ist abhängig von der Zylinderbohrung und der Entfernung der Lagerstützpunkte, die zweite von dieser Bohrung und dem Kolbenhub. Die Zapfen der Achse sollen genügend lang sein, damit der spezifische Flächendruck zwischen Zapfen und Lagerschale innerhalb der zulässigen Grenze bleibt und ein Heißlaufen vermieden wird, niese Länge ist bei den Kurbelzapfen etwa gleich dem anderthalbfachen und an den Lagerstellen gleich dem doppelten bis zweieinhalbfachen Achsdurchmesser. Für die nach dem Verpuffungsdruck im oberen Totpunkt ermittelten Biegungsspannungen bezw. für die Biegungs- und Drehungsspannungen im weiteren Verlauf des Krafthubs werden für das vorzügliche Material, meist Nickel- oder Chromnickelstahl, bis zu 2000 kg/qcm zugelassen. Eine rechnungsmäßig nicht festzustellende Beanspruchung kann auftreten, wenn bei Talfahrt der Fahrer die Gaszufuhr abstellt und die Kupplung längere Zeit ausrückt. Der Motor bleibt dann nach und nach stehen, so daß, wenn man die Kupplung wieder einrückt und diese scharf faßt, die ganze Masse der Achse mit Kolben und Gestänge plötzlich und stoßähnlich aus dem Zustand der Ruhe in die Geschwindigkeit des bergab rollenden Wagens übergeführt wird. Das dem Schwungrad zunächstgelegene Wellenstück wird hierbei am meisten in Mitleidenschaft gezogen, und es kann vorkommen, daß dieses an seinem Anschluß an den Kurbelarm abgewürgt wird. Die Zapfen und Lagerstellen haben meistens alle gleichen Durchmesser, und man erhält passende Abmessungen hierfür mit, d = 0,35 √(D · S). Das übliche Verhältnis zwischen der geometrischen Länge L der Stange und dem Kurbelradius R ist R : L = 1 : 4,5. Die Stange wird durch die Kolbenkraft in Richtung ihrer Achse auf Druck bezw. Knickung und normal hierzu durch die Trägheitskräfte auf Biegung beansprucht. Die Biegungsspannungen kommen bei den kleinen Stangenlängen und Massen nicht in Betracht, man hat nur mit der Druckspannung bezw. Knickfestigkeit zu rechnen. Es ist daher auch falsch, den Stangenschaft in Nachahmung der großen Lokomotivschubstangen mit rechteckigem oder gar doppelt ⊤-förmigem Querschnitt auszuführen, da für die Sicherheit gegen Knicken nur das kleinste äquatoriale Trägheitsmoment des Stangenquerschnitts in Rechnung gestellt werden darf. Der Kreisquerschnitt oder gar der durch Hohlbohren herzustellende Kreisringquerschnitt ist hierfür günstiger, da er bei gleichem Gewicht die größte Knickungsfestigkeit bezw. bei gleicher Fertigkeit das geringste Gewicht hat. Der volle runde Stangenschaft erhält oben einen Durchmesser von 0,18D, unten einen solchen von 0,22D. Der Kolbenbolzendurchmesser beträgt, wenn die Büchsenlänge gleich dem doppelten Bolzendurchmesser ist, etwa 0,24D. Die Schrauben am Lagerdeckel des unteren Stangenkopfes müssen gegen Ende des Ausschubhubes den ganzen Verzögerungsdruck der hin und her gehenden Kolben- und Stangenmasse aufnehmen. Dieser Druck hat für den oberen Totpunkt, wenn M = G/g die Masse bedeutet, auf die Kolbenfläche F bezogen, den Wert

und kann bis zu 12 kg/qcm anwachsen.

Vergaser. Aufgabe des Vergasers ist es, für den Motor ein gleichmäßiges zündfähiges Gemisch zuzubereiten, das, wie oben beschrieben, im Zylinder zur Verbrennung gelangt. Die Vergasung des Benzins geschah früher durch Verdunstung; jetzt geschieht sie fast ausschließlich so, daß das in einem geschlossenen Behälter befindliche Benzin dem Vergaser in dichten Rohrleitungen zugeführt und beim Austritt aus der in den Vergaser eingebauten Spritzdüse mit seiner Bohrung zerstäubt wird. Der Benzinaustritt wird unabhängig vom Stand oder Ueberdruck im Benzinbehälter durch einen Schwimmer geregelt; der Flüssigkeitsspiegel in der Düse steht einige Millimeter unterhalb der Düsenmündung. Durch den beim Ansaugen des Motors entstehenden Unterdruck tritt dann das Benzin vollends an die Mündung und mischt sich hier mit der gleichzeitig angesaugten Luft. Da die Vergasung des jeweils ausfließenden Benzins sich nur während der Ansaugperiode und in geschlossenen Röhren vollzieht, so ist jede Feuersgefahr vermieden. Die Querschnitte der Benzindüse und des Luftrohres müssen in einem bestimmten von der Tourenzahl des Motors abhängigen Verhältnis zueinander stehen, damit einerseits kein überreiches, anderseits aber auch kein zu armes, nichtzündfähiges Gemisch gebildet wird. Die Tourenzahl des Motors soll innerhalb möglichst weiter Grenzen regulierbar sein; die Regulierung erfolgt in der Regel durch Veränderung der Gemischmenge mittels eines vom Lenker zu[507] betätigenden Absperrorganes in Form eines Schiebers, Hahnes, Ventils oder einer Drosselklappe. Während nun bei ganz geöffnetem Regulierorgan der Motor volle Füllung erhält, die Ladung also hoch verdichtet und dadurch schneller entzündet und verbrannt wird, ist die Füllung bei Drosselung weniger vollständig, die Kompression also niedriger. Das Gemisch muß somit, um gleich zündfähig zu bleiben, mit zunehmender Drosselung reicher an Benzindämpfen werden. Die Veränderung des Gemisches wird am einfachsten durch Vermehrung oder Verminderung der Luftzufuhr in der Weise erzielt, daß der Vergaser mit einer Oeffnung für den Eintritt von Zusatzluft versehen wird, die entweder nach dem Gang des Motors von Hand verstellt oder aber von dem in der Ansaugeleitung herrschenden Unterdruck selbsttätig geöffnet oder geschlossen wird. Einen nach dem letzten Prinzip gebauten Vergaser zeigt Fig. 7 im Querschnitt; bei gedrosseltem Motor ist der Unterdruck, also auch die Saugwirkung auf die Benzindüse gering, weshalb der Kolbenschieber für die Zusatzluft durch die oben sitzende Feder geschlossen bleibt, während bei geöffnetem Regulierorgan der Motor rascher läuft; der hierdurch wachsende Unterdruck überwindet die Federspannung und der Schieber gibt die Oeffnung für die Beiluft frei. Bei geeigneter Wahl der Abmessungen arbeitet dieser Vergaser sehr zuverlässig, der Motor bereitet sich gewissermaßen sein Gemisch der jeweiligen Tourenzahl entsprechend selbst. Durch die Verdunstung des Benzins wird der einströmenden Luft eine gewisse Wärmemenge entzogen, die bei kaltem Wetter so groß sein kann, daß das Gemisch im Vergaser gefriert; man sucht das Eingefrieren dadurch zu verhindern, daß entweder die Luft vor ihrem Eintritt genügend vorgewärmt oder der Vergaser mit einem Heizmantel umgeben wird, in welchem heißes, von den Kühlmänteln der Zylinder kommendes Wasser zirkuliert. Die Verbrennung von 1 kg Benzin erfordert theoretisch die losgehe Luftmenge, praktisch und im Interesse der Wirtschaftlichkeit vergrößert man dieses Verhältnis bis aufs Doppelte. Die Ableitung der günstigsten Abmessungen des Vergasers auf rechnerischem Wege unter Berücksichtigung aller in Betracht kommenden Einflüsse, als Form der Luftdüse und der von ihr abhängigen Reibungsverluste, Stoßverluste durch Querschnittsänderung im Mischraum, Kapillarwiderstände in der Benzindüse, Zustandsänderung der Luft durch die Benzindämpfe u.s.w., ist weitschweifig und mangels genau ermittelter Koeffizienten unzuverlässig. Brauchbare Querschnittsverhältnisse erhält man, wenn diese in ein Verhältnis zum Hubvolumen der Zylinder gesetzt werden, und zwar soll der Durchmesser der Luftdüse in der Mischzone (alle Größen in Zentimetern) d = D √(S : 25) betragen; der Querschnitt des Mischraumes und ebenso die Beiluftöffnung können der siebenfachen Querschnittsöffnung der Luftdüse gleichgemacht werden. Die Bohrung der Benzindüse schwankt zwischen 0,4 und 1,2 mm, je nach Motorgröße, und wird durch Ausprobieren beim Abbremsen des Motors ermittelt.

Zündung. Die meisten Störungen verursacht am Benzinmotor die Zündung. Bei den ersten Daimlermotoren wurde sie durch ein Platin- oder Porzellanröhrchen bewirkt, das mit dem Verdichtungsraum des Zylinders in Verbindung stand und durch eine Lampe glühend erhalten wurde. Ein Teil des frischen Gasgemisches wurde an den glühenden Wandungen dieses Röhrchens kurz vor Hubende zur Entzündung gebracht und leitete die Verbrennung der ganzen Ladung ein. Diese Zündung ist ihrem Wesen nach zwar einfach, aber unvollkommen; je nach dem Grade der Erwärmung des Glührohres erfolgt die Verbrennung mehr oder weniger früh vor dem toten Punkt, unabhängig von der Tourenzahl des Motors; die Verdichtung darf, der möglichen Frühzündungen wegen, nur gering sein; bei zufälligem Luftzug oder starkem Wind kühlt sich das Glührohr ab, wodurch der Zündzeitpunkt unerwünscht verlegt wird, oder es erlischt sogar die Flamme, und der Motor bleibt stehen. Diese Mißstände wurden durch die Einführung der elektrischen Zündung behoben; sie gestattet die Anwendung hoher Verdichtung, der Zündzeitpunkt kann genau der Motorgeschwindigkeit entsprechend eingestellt werden, besonders aber ist hiebei die Feuersgefahr mit richtigkonstruiertem Vergaser und gut isolierten Leitungskabeln für den elektrischen Strom vollständig beseitigt. Man unterscheidet die elektrische Batteriekerzenzündung, die magnetelektrische Lichtbogenkerzenzündung und die magnetelektrische Abreißzündung.

Die Einrichtung der Batteriekerzenzündung für einen Vierzylindermotor zeigt die schematische Skizze Fig. 8. Sie besteht aus dem Akkumulator A, dem den elektrischen Strom verstärkenden Induktor B und den an den Zylindern sitzenden Zündkerzen C. Während des Ganges wird im geeigneten Augenblick der Stromkreis durch den vom Motor gesteuerten Stromverteiler D geschlossen, wobei zwischen den beiden Elektroden der Zündkerze im Kompressionsraum ein Funken überspringt, welcher die Verbrennung des Gasgemisches bewirkt; mittels des Ausschalters E[508] kann der Strom jeden Augenblick beliebig unterbrochen werden. Die Verbrennung der Ladung im Zylinder, obgleich fast plötzlich, erfordert eine gewisse Zeit; je rascher der Motor läuft, desto früher kann sie vor dem oberen Totpunkt erfolgen; sie soll der größtmöglichen Leistung wegen beendet sein, wenn der Kolben seinen Arbeitshub nach unten beginnt. Umgekehrt darf die Zündung nicht zu früh vor Ende des Verdichtungshubes erfolgen, weil sonst der Explosionsdruck dem nach oben gehenden Kolben entgegenwirken, den Motor also hemmen würde und außerdem bei dem plötzlichen Druckwechsel Stöße in den Lagern der Kolbenbolzen und Kurbelachszapfen auftreten, die eine frühzeitige Zerstörung dieser Teile herbeiführen können. Aus diesem Grunde muß der Zündzeitpunkt der Gangart des Motors entsprechend verstellbar sein; dies geschieht durch Verdrehen des Stromverteilers D auf seinem Sitz mittels Gestänge vom Führer aus, wobei dann der auf der Steuerwelle des Motors sitzende Kontakt den Stromkreis früher oder später vor Hubende schließt und die Verbrennung einleitet.

Die innere Einrichtung des Induktors mit seinen Primär- und Sekundärspulen kann im Prinzip als bekannt vorausgesetzt werden. Die vier am Induktor sitzenden federnden Schwingen, die den Primärstrom öffnen und schließen, zeigt Fig. 9 in halber natürlicher Größe. Der Abstand zwischen der Feder A und dem Eisenkern B muß so bemessen werden, daß die Feder gerade noch schwingt; zur genauen Einstellung dieses Spielraumes dient die Stellschraube C. Fig. 10 zeigt eine Zündkerze im Durchschnitt. Der elektrische Strom wird dem in der Kerze sitzenden gutisolierten Platindraht A zugeleitet und kehrt nach Ueberspringen des Luftraumes zwischen A und dem an der Kerze leitend beteiligten Platindraht B durch die Masse zum Minuspol der Batterie zurück. Die Kerzen sollen gegen Kurzschluß, sei es infolge schlechter Isolation des Leiters A oder angesetztem Ruß und anhaftendem Schmieröl an den Elektroden, möglichst unempfindlich sein; in allen diesen Fällen entlieht kein Zündfunken. Die größte Schwierigkeit bereitet die Isolation; der häufige Temperaturwechsel, die hohe Temperatur selbst und der große bei der Verbrennung auftretende Gasdruck wirken zerstörend auf sie ein; dem Verrußen oder Verölen an den Elektroden kann durch geeignete Anordnung der Kerze im Verbrennungsraum leicht begegnet werden. Da die Zündkerze auf dem Zylinder nur wenig Raum einnimmt, die übrigen der in Fig. 8 angedeuteten Teile aber sonstwie am Wagen befestigt sein können, so läßt sich die Batteriezündung auch an den kleinsten Motoren anbringen.

Der Akkumulator muß immer auf einer gewissen Spannung gehalten und, wenn erschöpft, von einer elektrischen Kraftquelle wieder aufs neue geladen werden. Auf längeren Touren kann diese Erschöpfung Fahrtunterbrechung verursachen, da bei zu tief gesunkener Spannung des Stromes die Zündung träge wird und die Leistung des Motors bedeutend abnimmt oder gar ganz aufhört. Diesem Uebelstand sucht die Lichtbogenzündung abzuhelfen. Der Strom wird in dem vom Motor angetriebenen magnetelektrischen Zündapparat fortwährend selbst erzeugt und wie bei der Batteriezündung der Kerze zugeführt. Der verbreitetste Apparat ist zurzeit wohl der ohne besondere Induktionsspule arbeitende von Robert Bosch in Stuttgart. Fig. 11 zeigt den Apparat im Querschnitt, während Fig. 12 eine schematische Schaltungsskizze desselben ist. Das magnetische Feld wird durch permanente Stahlmagnete erzeugt. Durch die im Apparat feststehend angeordnete Wicklung, in welcher der hochgespannte Strom entsteht, ist eine direkte Stromabnahme vom Anker ermöglicht, indem die Enden der Ankerwicklung ohne Zuhilfenahme von Bürsten oder Schleifkohlen zu den Anschlußklemmen geführt werden können. Die Stromverteilung geschieht durch eine von der Achse des Apparates angetriebene Verteilerscheibe, die gleich der Zündmomentverstellung direkt am Apparat angebracht ist. Um die Isolation des Apparates keinen zu hohen Spannungen auszusetzen, wenn aus irgend einem Grunde und solange er in Bewegung ist, die Zündkerzen nicht mit ihm verbunden sind, ist eine Sicherheitsfunkenstrecke eingeschaltet, an welcher die Entladungen vorübergehend stattfinden können. Die Tourenzahl[509] des Motors bezw. des Zündapparates darf nicht unter ein gewisses Maß fallen, weil andernfalls der Strom sowohl als der Zündfunken zu schwach werden. Dies kann in Dörfern und Städten, die nur ganz langsam durchfahren werden dürfen, leicht ein Stehenbleiben des Motors zur Folge haben; man verlieht daher häufig den Wagen mit Batterie- und Lichtbogenzündung und benutzt die erstere nur bei Ingangsetzung des Motors und der Durchfahrt bewohnter Plätze, die zweite dagegen auf offener Landstraße.

Eine Vereinigung beider Zündungen, wenn auch nicht vollständig unabhängig voneinander, ist bei dem Zündapparat System Eisemann, Panhard & Levassor durchgeführt. Die Transformatorspule zur Verstärkung des Stromes ist für Magnet- und Akkumulatorzündung gemeinsam, der Stromverteiler für beide Zündungen ist am Lichtbogenapparat angebracht. Fig. 13 zeigt das Schaltungsschema dieser von Ernst Eisemann in Stuttgart gebauten Zündung. Der Zündapparat der magnetelektrischen Abreißzündung wird wie der Lichtbogenapparat vom Motor selbst angetrieben; er ist auch so eingestellt, daß das bei der Drehung auftretende Maximum an Stromstärke mit dem Zündmoment zusammenfällt. Der Funken im Innern des Zylinders entsteht beim plötzlichen Auseinanderreißen der aus Zündstift und Zündhebel bestehenden Kontakte. Der gut isolierte und abgedichtete Zündstift, an den der Leitungsdraht angeschlossen ist, steht fest, während der Zündhebel mit seiner nach außen gehenden Welle in leitender Verbindung mit dem Zylinder steht und mittels Gestänge und Federn durch eine besonders geformte Nockenscheibe, die auf der Steuerwelle sitzt und sich mit ihr dreht, betätigt wird (s. Fig. 6). Die Zündung wirkt außerordentlich sicher auch bei langsamster Gangart des Motors, sie ist aber ziemlich vielteilig und läßt sich demzufolge erst von einer bestimmten Motorgröße ab an den Zylindern anbringen. Als Ersatz für die vielteilige Abreißzündung stellt Bosch neuerdings eine Art Magnetabreißkerze her, die an irgend einer Stelle in den Kompressionsraum der Zylinder eingeschraubt werden kann. Die Kerze enthält im Innern den Abreißhebel, der durch eine ihn umgebende Magnetspule betätigt wird. Der in dem mit Niederspannung arbeitenden Zündapparat erzeugte Strom wird den Kerzen wie bei der Lichtbogenzündung mittels Kabel zugeleitet, durch den Wegfall jeglichen Gestänges ist die Zündung sehr vereinfacht und kann demzufolge auch für kleinere Motore angewendet werden.

Auspuff. Zur Dämpfung des Lärmes, den die aus den Zylindern tretenden verbrannten Gase verursachen, wird in der Nähe des Motors ein sogenannter Auspufftopf eingebaut. Dieser Topf ist in seinem Innern in mehrere durch Scheidewände gebildete Zwischenräume geteilt, welche die vom Zylinder kommenden Gase nacheinander durchströmen müssen, um zuletzt mit mäßiger Geschwindigkeit und geringem Geräusch in die Atmosphäre zu entweichen. Die Abschwächung dieses Geräusches geht indessen auf Kosten der Kraftleistung des Motors; man findet daher nicht selten am Auspuffrohr eine Klappe angebracht, durch welche die Gase, ohne den Auspufftopf zu durchströmen, austreten. Des Geräusches wegen kann diese Klappe nur auf offener Landstraße geöffnet werden; ihre Stellung ist so zu wählen, daß bei ihrer Benutzung die ohnehin starke Staubentwicklung nicht noch mehr gefördert wird. Die mit der Zeit im Auspufftopf sich ansammelnden Rückstände von unverbranntem Schmieröl, durch die das Innere verstopft und der Rückdruck auf den Motor vergrößert wird, machen dann und wann eine Reinigung des Topfes erforderlich.

Kühlung. Die bei der Verbrennung des Gasgemisches im Motor frei werdende Wärme setzt sich, wie schon erwähnt, teilweise in mechanische Arbeit um, ein Teil geht mit den Auspuffgasen ins Freie und der Rest tritt in die Zylinderwandungen über. Der letztere Teil dieser Wärme muß fortwährend abgeführt werden, um ein Glühendwerden der Wandungen und vorzeitiges Verbrennen des Gemisches zu verhüten. An sehr kleinen Motoren, wie an Motorfahrrädern, gelingt die Wärmeabfuhr schon, wenn der Zylinder mit Kühlrippen versehen wird, an denen die Luft vorbeistreicht und so die erhitzten Wandungen abkühlt. Die Zylinder größerer Motoren werden dagegen mit einem Kühlmantel umgeben (Fig. 6), in welchem fortwährend Wasser zirkuliert, das die in die Wandungen übergetretene Wärme aufnimmt und sie in einem besonderen Kühlapparat wieder an die umgebende Luft abgibt. Das rückgekühlte Wasser wird dem Motor in stetem Kreislauf durch eine Pumpe oder wie bei den sogenannten Thermosyphonkühlungen lediglich durch den Gewichtsunterschied der verschieden erwärmten Wassersäule vom Kühler wieder zugeführt. Der Apparat besteht bei kleineren Wagen aus einer in mehreren Lagen übereinander gebogenen Rohrschlange, in der das als Zwischenträger dienende Wasser durchfließt, die außen zur Vergrößerung ihrer kühlenden Oberfläche mit aufgesteckten und gerippten Blechscheiben versehen wird. Größere und große Wagen sind mit sogenannten Bienenkorbkühlern ausgerüstet. Dieselben sind aus einer großen Anzahl von über- und nebeneinander liegenden Zellen bezw. Röhrchen in dünnem Messingblech hergestellt, in denen die Luft durchstreicht, während das Wasser in seinen Strähnen in den Zellen oder in den von den Röhrchen freigelassenen engen Zwischenräumen durchfließt. Die Konstruktion ermöglicht, in kleinem Raum eine große Kühlfläche bei geringem Gewicht unterzubringen. Der Kühler ist in der Regel vorn auf dem Untergestell befestigt und bildet zugleich den vorderen Abschluß für die den Motor überdeckende Haube, die nach hinten gegen die Spritzwand abschließt. Fig. 14 zeigt einen solchen Kühlapparat. Die Kühlfläche ist aus vielen Röhrchen[510] zusammengesetzt, die an ihren beiden Enden aufgedornt und verlötet werden. Das Ganze ist mit einer Zarge umgeben, deren Umriß zugleich die Form der Haube bestimmt, zwei seitliche Träger dienen zur Beteiligung des Kühlers auf dem Rahmen. Zur Unterstützung der Kühlwirkung wird noch ein Ventilator eingebaut, der entweder direkt hinter dem Kühler sitzt und mittels Riemens vom Motor angetrieben wird (s. Fig. 6) oder dessen Windflügel durch die besonders geformten Arme des Motorschwungrades gebildet werden; in beiden Fällen wird die Luft durch die Kühlröhre bezw. Zellen angesaugt und dadurch ihre Durchströmgeschwindigkeit, die beim langsam fahrenden Wagen unter Umständen ungenügend sein kann, erhöht.

Die Oberfläche der Kühlelemente muß so bemessen werden, daß selbst bei längeren Bergfahrten in heißer Jahreszeit ein Kochen oder Verdampfen des Wassers nicht vorkommt. Es darf angenommen werden, daß etwa 35% der bei der Verbrennung frei werdenden Wärme in die Wandungen der Zylinder übertreten, so daß, wenn der Motor 300 g Benzin pro Stunde und Bremspferdekraft verbraucht und der Wärmewert von 1 kg Benzin 10500 Wärmeeinheiten (W.E.) beträgt, der Kühler 10500 · 0,35 · 0,3 = rd. 1100 W.E. pro Pferdestärke und Stunde an die Luft abführen muß. An heißen Tagen sei die Erwärmung der Luft bei ihrem Durchzug durch den Kühler 15° C. Das Gewicht eines Kubikmeters dieser Luft mit einer mittleren Temperatur von 55° C. beträgt etwa 1,08 kg und die spezifische Wärme 0,23 W.E., es sind daher zur Abführung obiger 1100 W.E. 1100 : 15 · 1,08 · 0,23 = rd. 300 cbm Luft erforderlich. Bei mittlerer oder gar rascher Fahrt tritt die Wirkung des Ventilators gegen den natürlichen Luftzug zurück, die Luft streicht dann nahezu mit der Geschwindigkeit des Wagens durch den Kühler. Die Summe der freien Durchgangsöffnungen F in Quadratmetern, d.i. beim Bienenkorbkühler die Summe der Querschnitte sämtlicher Kühlröhrchen, folgt aus dieser Erwägung, wenn mit N die Leistung des Motors in Pferdestärken und mit V die stündliche Geschwindigkeit des Wagens in Metern bezeichnet wird, zu F = 300N : V. – Das Kühlwasser wird etwa von 90 auf 60° C. abgekühlt, der mittlere Temperaturunterschied zwischen Wasser und Luft ist somit 90 + 60 : 2 – 55 = 20°. Der stündliche Wärmedurchgang für 1° Temperaturunterschied in Wärmeeinheiten für 1 qm Kühlfläche kann im Mittel zu k = 250 gesetzt werden, womit die Kühlfläche H für 1 PS. sich ermitteln läßt aus H = 1100 : 20 · 250 = 0,22 qm. Die Abmessungen der Zirkulationspumpe und Rohrleitungen sind nach der in Umlauf zu setzenden Wassermenge zu wählen, diese ist für 1 PS. und Stunde unter den gemachten Annahmen 1100 : (90 – 60) = rd 37 l.

Der mit dieser Kühlung verbundene Nachteil ist, daß bei längerem Stillstand des Motors in kalter Jahreszeit das Wasser in den Kühlmänteln leicht gefriert, wodurch häufig Zylinderbrüche entstehen. Man sucht daher in neuerer Zeit die direkte Luftkühlung auch für größere Motoren wieder einzuführen. Fig. 15 zeigt einen derartigen luftgekühlten Vierzylindermotor amerikanischen Ursprungs. Die mit Rippen versehenen Zylinder A sind von Blechmänteln B umgeben, die in das Absaugerohr C münden, das seinerseits an den vom Motor angetriebenen Ventilator D angeschlossen ist. Die Außenluft tritt am unteren Rand der Blechmäntel ein, nimmt beim Aufsteigen an den Zylindern die Wärme von den Kühlrippen auf und wird vom Ventilator abgesaugt. Bei hinreichend starkem Gebläse soll die Kühlung zufriedenstellend wirken.

Andrehvorrichtung. Die Inbetriebsetzung des Motors geschieht fast allgemein von Hand. Zu diesem Behufe ist vorn auf der Verlängerung der Kurbelwelle eine Handkurbel aufgedeckt, mittels welcher dem Motor einige Umdrehungen erteilt werden. Hierbei saugen die Zylinder mit Gemisch sich voll, und der Motor springt, wenn Vergasung und Zündung in Ordnung sind, sofort an. Die Nabe der Handkurbel ist an ihrem einen Stirnende mit Klauen versehen, die in ein entsprechendes auf der Kurbelwelle befestigtes Gegenstück eingreifen. Nach erfolgtem Andrehen schieben sich die Klauen von selbst auseinander und die Handkurbel bleibt stehen. Große Motore mit hoher Kompression sind schwer mit der Handkurbel zu drehen; man läßt deshalb während des Andrehens zunächst einen Teil des komprimierten Gemisches entweichen und schaltet erst, wenn der Motor angesprungen und im vollen Gange ist, die ganze Verdichtung ein. In neuerer Zeit kommen auch selbsttätige Anlaßvorrichtungen mittels komprimierter Luft zur Anwendung. Zu diesem Zweck wird der Motor mit einer kleinen Luftpumpe[511] ausgerüstet, welche Luft bis zu einer bestimmten Spannung in einen Behälter drückt Beim Anlassen tritt die Preßluft durch Rohrleitungen und Ventile vom Behälter nach den Motorzylindern über und erteilt dem Motor einige Umdrehungen, worauf sich derselbe Vorgang wie beim Andrehen von Hand vollzieht.

Kupplung. Zwischen Motor und Geschwindigkeits- bezw. Wechselrädergetriebe ist eine lösbare Kupplung eingebaut, die vornehmlich den Zweck hat, den Motor beim Wechseln von dem einen Rädergang auf den andern vorübergehend auskuppeln zu können. Gewöhnlich besteht sie aus zwei einfachen ineinander gepreßten Reibkegeln. Fig. 16 zeigt eine nach diesem Prinzip gebaute Kupplung. Das entsprechend ausgebildete Schwungrad enthält den einen Reibkegel, in welchen der andre mit Leder garnierte Gegenkegel paßt. Den erforderlichen Anpressungsdruck übt eine auf der Motorwelle sitzende axial wirkende Spiralfeder aus. Beim Lösen der Verbindung zwischen Motor und Getriebe, dem Entkuppeln, wird durch einen Fußhebel, dem sogenannten Kupplungspedal, der Innenkegel zurückgezogen; läßt der Druck auf dieses Pedal nach, so schiebt die Feder die Kegel wieder ineinander. Bei den Reibkegelkupplungen richtet sich der Durchmesser in der Regel nach der Größe des Schwungrades, dessen äußerer Durchmesser gleich dem drei- bis vierfachen Kolbenhub gemacht wird. Die Umfangskraft Q in Kilogramm folgt dann, wenn D_m in Metern der mittlere Durchmesser des Kupplungskegels ist und N Pferdestärken bei n minutlichen Umdrehungen zu übertragen sind, aus Q = 75 · 60 · N : n D_m π. Der Reibungskoeffizient ρ zwischen Leder und Gußeisen kann unter Berücksichtigung, daß unter Umständen Oel zwischen die Anpressungsflächen gelangt, ρ = 0,14 gesetzt werden, womit sich ein notwendiger Anpressungsdruck Q₁ = Q : 0,14 = rd. 7,1 Q ergibt. Der Axialdruck P, d.i. der Anpressungsdruck der Feder, wird mit einer Neigung der Kegelfläche von 1 : 6, entsprechend einem Neigungswinkel α = 9° 30', P= Q (sin α + ρ cos α) : ρ = 2,15 Q. Die spezifische Pressung p der Anpressungsfläche soll 1 kg/qcm nicht überschreiten, so daß die Breite b des Lederbelages in Zentimetern mit D_m in Metern b = Q₁ : 100D_m π = 7,1 · Q : 100 · D_m π mindestens sein soll. In neuerer Zeit kommen mehr und mehr die sogenannten Lamellenkupplungen zur Anwendung, die in der Hauptsache aus einer Anzahl ebener, kreisrunder Blechscheiben bestehen, die durch Nut und Feder hälftig mit der Motorwelle und hälftig mit der Getriebewelle verbunden sind. Fig. 17 zeigt die Einrichtung dieser Kupplung, die Blechscheiben werden mittels Spiralfeder gegeneinander gepreßt und nehmen sich durch Reibung mit; das Ganze ist in ein öldichtes Gehäuse eingeschlossen. Der äußere Durchmesser D_a der Blechscheiben schwankt zwischen 180 und 220 mm, der innere Durchmesser D_i wird 0,6 bis 0,7D_a gemacht. Die spezifische Flächenpressung p auf die Ringfläche (D_a² – D_i²)π/4 wählt man 0,55–0,7 kg/qcm (den größeren Wert für den kleineren Scheibendurchmesser), der Reibungskoeffizient ρ kann = 0,15 gesetzt werden. Unter. Einführung eines mittleren Durchmessers D_m = (D_a + D_i) : 2 wird zunächst wieder die Umfangskraft Q bestimmt, und da der Federdruck P = p (Da² – D_i²)π/4 gegeben ist, so folgt die Anzahl a der Scheiben aus Q = P · ρ · a zu a = Q/P · ρ. Der Federdruck P und die Scheibenanzahl a ist indessen durch die Forderung begrenzt, daß der Ausschlag des Fußhebels sowohl als der auf ihn auszuübende Druck keine für den Fuß des Fahrers unbequeme Größe annimmt. Der Spielraum 5 zwischen den einzelnen entkuppelten Blechscheiben kann mit 0,3–0,4 mm angenommen werden, der Fußhebeldruck K soll 18 kg nicht überschreiten und der von der Fußplatte beschriebene Weg l nicht größer als 80 mm sein. Aus der Arbeitsgleichung K · l = P · a · s wird dann das Produkt P · a = P · a/s mit den obigen Werten P a = 4800 bezw. 3600, im Mittel also 4200, wonach die früher aus der Beziehung Q/ρ = P · a gefundenen Werte von P und a gegebenenfalls durch die Wahl andrer Scheibendurchmesser berichtigt werden müssen. Neben diesen Kupplungen findet man auch solche, die nach dem Prinzip der Band- oder Seilbremsen konstruiert sind und bei welchen ein Stahlband sich in ein- oder mehrmaliger Umschlingung um den Kupplungskörper der anzutreibenden Getriebewelle legt. Endlich wurden vor Jahren schon Versuche mit magnetelektrischen und dynamoelektrischen Kupplungen gemacht, die aber bis jetzt zu keinerlei praktischen Ergebnissen führten. An jeder Kupplung muß der auf der Getriebewelle sitzende Teil beim Entkuppeln stehen bleiben, während der Motor weiterläuft, weil sonst ein Wechseln der Getrieberäder nur schwer möglich ist und die Zähne dieser Räder sich an den Stirnseiten sehr rasch abnutzen; ferner darf, damit das Anfahren des Wagens ohne Stoß erfolgt, das Einkuppeln selbst, wenn der Fahrer den Fußhebel plötzlich losläßt, nur allmählich erfolgen; die Kupplung muß daher etwas schreiten können, ohne durch die hierbei auftretende Erwärmung Schaden zu nehmen.[512]

Getriebe. Die Arbeitsweise des Motors einerseits und die Wegverhältnisse anderseits bedingen, daß bei annähernd gleichbleibender Tourenzahl des Motors es möglich sein muß, dem Wagen verschiedene Geschwindigkeiten zu erteilen. Von allen zu diesem Zweck bisher gebauten Antrieben hat sich das Zahnräderwechselgetriebe am besten bewährt, und es ist auch fast allgemein eingeführt. Das Getriebe enthält je nach der Größe des Wagens zwei, drei oder vier Sätze Räder, von denen jeweils ein Satz den gegebenen Verhältnissen oder der gewünschten Geschwindigkeit entsprechend in Eingriff gebracht wird. Das Umsteuern des Motors bereitet große konstruktive Schwierigkeiten; man läßt ihn daher der Einfachheit halber immer in der gleichen Richtung umlaufen und versieht dafür das Getriebe neben den verschiedenen Wechselrädern für Vorwärtsgang mit einem Zwischenrad für langsamen Rückwärtsgang, um im Bedarfsfall mit dem Wagen, wie beim Wenden auf schmaler Straße, auch rückwärtsfahren zu können. Die nicht im Eingriff stehenden Räder sind gegen willkürliches Verschieben gesichert. Das Wechseln von einem Gang auf den andern geschieht mittels Gestänges und eines Handhebels, der bei modernen Wagen auf der rechten Rahmenseite im bequemen Bereich des Fahrers angebracht ist. In Fig. 18 ist ein Getriebe mit vier Geschwindigkeiten und einem Rückwärtsgang dargestellt. Bei der größten Geschwindigkeit, dem vierten Gang, läuft die direkt ohne Zwischenschaltung von Zahnrädern gekuppelte Getriebewelle mit der Geschwindigkeit der Motorwelle. Das Ganze ist von einem dichtschließenden Gehäuse umgeben, das zum Teil mit Oel gefüllt wird, um die Reibungsverluste in den Lagern und Zahnrädern und deren Verschleiß nach Möglichkeit zu verringern. Die Uebersetzungsverhältnisse werden etwa wie folgt angenommen. Wagen mit drei Geschwindigkeiten: dritter Gang, weil direkt gekuppelt, gleich der Geschwindigkeit des Motors; zweiter Gang 50–66% und erster Gang 25–33% hiervon. – Wagen mit vier Geschwindigkeiten: vierter Gang, direkt gekuppelt, also gleich der Geschwindigkeit des Motors; dritter Gang 70–80%, zweiter Gang 40–50% und erster Gang 20–30% hiervon. Die Entfernung zwischen den beiden Getriebewellen schwankt zwischen 80 und 160 mm für Motore von 5–100 PS. und die Teilung der Zahnräder zwischen 3,5 und 5 π. Da die Räder ohne Spiel laufen, so ist die Zahnstärke gleich der halben Teilung, die Zahnbreite soll mit Rücksicht auf das Verziehen der Räder beim Härten nicht mehr als die fünffache Zahnstärke betragen. – Für die Abmessungen der Zähne ist in erster Linie die Festigkeit maßgebend, die Rücksicht auf Abnutzung tritt bei den im Einsatz gehärteten Rädern mit glasharten Zahnflanken in den Hintergrund. Bei der Berechnung, wird angenommen, daß die aus dem Uebersetzungsverhältnis zu ermittelnde Umfangskraft am Zahnkopf angreift und daß nur ein Zahn im Eingriff ist; die größte zulässige Biegungsspannung am Zahnfuß der aus Chromnickelstahl hergestellten Räder kann dann 2500–3000 kg/qcm und darüber betragen. Die Zähne müssen absolut genau geschnitten sein, ebenso dürfen die Räder nach dem Härten weder seitlich schwanken noch nur und laufen. Die Getriebewellen sollen kräftig gehalten und möglichst kurz gelagert sein, Getriebe mit zu schwachen, sich durchbiegenden Wellen gehen nie ruhig, mögen auch die Zahnräder noch so genau sein. Die Kraft wird von der Getriebewelle auf die Hinterachse entweder durch eine starre Welle übertragen, die mit Gelenken versehen ist, um dem Federspiel der Achse folgen zu können (dem sogenannten Cardantrieb, aus Fig. 5 ersichtlich), oder durch Gelenkketten und Kettenräder; die erstere Art ist bei leichten, die zweite, der Kettenantrieb, bei großen und schweren Wagen vorherrschend (s. Fig. 31). Das Wechselgetriebe ist, wenn richtig dimensioniert, zwar durchaus betriebsicher, das starre System der Kraftübertragung zwischen Motor und Wagenräder mit seinen verschiedenen Sätzen von Zahnrädern ist aber nicht ideal zu nennen. Man hat deshalb wiederholt versucht, dieses Getriebe durch andre Uebertragungsarten zu ersetzen. Abgesehen vom Riemenantrieb oder Reibradgetriebe, die sich allenfalls für ganz kleine Wagen eignen, hatten bis jetzt die elektrischen Wagen, bei denen der Benzinmotor eine Dynamomaschine antreibt, die ihrerseits wieder zwei in die vorderen oder hinteren Wagenräder eingebaute Elektromotore speist, in dem Bestreben, einen Ersatz zu schaffen, den größten Erfolg. Der Antrieb erfolgt hier stoßfrei und geräuschlos wie beim elektrischen Wagen, die ganze Einrichtung ist aber ziemlich vielteilig, so daß sie sich nur für größere und teure Wagen eignet.

Der Rahmen bestand bei den ersten Automobilen in Nachahmung der Fahrradrahmen aus Stahlrohren, die durch besondere aufgelötete, aufgeklemmte oder aufgeschrumpfte Muffen und Verbindungsstücke zusammengehalten wurden. Diese Konstruktion findet man nur noch bei einzelnen billigen Wagen; im allgemeinen ist sie heute durch den Rahmen aus gepreßtem Stahlblech mit U-förmigem Querschnitt verdrängt worden. Der gepreßte Stahlblechrahmen kann den auf ihn wirkenden Kräften entsprechend als Träger gleicher Fertigkeit ausgebildet werden, gestattet daher eine bessere Ausnutzung des Materials als der Rohrrahmen mit seinem auf die ganze Länge gleichbleibenden Querschnitt. Außerdem ist die Befestigung der einzelnen Teile viel einfacher und solider, wodurch der ganze Rahmen in seiner Gesamtheit widerstandsfähiger wird. Im Hinblick auf die heftigen Erschütterungen, denen der Rahmen unterliegt,[513] müssen alle Verbindungen kalt genietet werden. Für die Verbindung der Quer- mit den Längsträgern ist die Verwendung von getrennten Eckblechen nicht empfehlenswert, die Querträger müssen vielmehr an ihren Enden so ausgebildet sein, daß am Uebergang in die Längsträger eine genügende Anzahl Nieten eingezogen werden kann. Es bedingt dies zwar einen gewissen Blechverschnitt, der aber durch die größere Solidität des Rahmens wieder reichlich aufgewogen wird. Die Ermittlung der an den einzelnen Stellen der Längsträger auftretenden biegenden Momente geschieht am besten graphostatisch mittels Seilpolygons, indem die einzelnen den Rahmen von oben beladenden Gewichte angetragen und die von den Federn auszuübenden Reaktionskräfte bestimmt werden, worauf die Momentenflächen sich von selbst ergeben. Unter Zugrundelegung einer gewissen zulässigen Biegungsspannung, die bis zu 1000 kg qcm betragen kann, und nach erfolgter Wahl der Blechstärken, die bei Tourenwagen zwischen 3 und 5 mm und bei Lastwagen zwischen 5 und 8 mm schwanken, können die den jeweiligen Widerstandsmomenten entsprechenden Trägerhöhen und Gurtbreiten aus dem Momentenplan ermittelt werden. Der innere Uebergangsradius vom Steg zu den beiden Gurten des ⊏-förmigen Trägerquerschnittes soll nicht kleiner als die Blechstärke sein, weil bei noch kleinerer Abrundung der Ecken leicht ein Aufreißen des Materials an dieser Stelle in der Längsrichtung lieh einstellt.

Achsen. Die Vorderachse ist entweder in Stahl geschmiedet bezw. gepreßt, mit doppelt-⊺-förmigem Querschnitt, oder sie wird aus Stahlrohr, das zur Erhöhung der Tragfähigkeit teilweise oval gepreßt ist, den großen Durchmesser der Ellipse senkrecht stehend, hergestellt. Massiv geschmiedete Achsen mit rechteckigem Querschnitt werden ihres unverhältnismäßig großen Gewichtes wegen bei Tourenwagen kaum mehr verwendet. Die beiden Enden der Vorderachse sind an Gabeln oder Scharnierköpfe ausgebildet, an die sich die entsprechend geformten, in ihr drehbaren und die Vorderräder tragenden Achsschenkel anschließen (s. Fig. 19). Die Schenkel werden mit 2–3% Neigung nach unten, der sogenannten Unterachse in die Achsgabeln eingebaut, so daß das Rad durch die auf ihm ruhende Belastung fortwährend nach innen gedrängt und dadurch der äußere Abschluß entladet wird. Für Tourenwagen ist die Verwendung von Kugellagern allgemein üblich geworden. Man wählt die Lager für die in Frage kommende Belastung nach der auf S. 518 zusammengestellten Tabelle aus und untersucht, ob die hiernach festgelegten Durchmesser der Achsschenkel auch die Forderungen der Biegungsfestigkeit erfüllen. Die Entfernung der beiden auf dem Achsschenkel sitzenden Kugellager voneinander soll nicht zu klein gewählt werden, weil bei zu kleinem Abstand sich bald seitliches Schlagen des Rades eindellt; zweckmäßig macht man diesen Abstand im Verhältnis zum Raddurchmesser und zwar 0,11–0,12 von diesem. Die Biegungsspannungen in der Achse und den Achsschenkeln bewegen sich, für ruhende Belastung gerechnet, in den Grenzen zwischen 800 und 1000 kg/qcm.

Je nachdem der Wagen Cardan- oder Kettenantrieb besitzt, ist die Hinterachse (im ersteren Falle) als Hohlkörper ausgebildet und nimmt neben dem sogenannten Differentialgetriebe auch die die Kraft auf die Hinterräder übertragenden Differentialgetriebeachsen auf, oder sie trägt (im zweiten Falle) als einfaches Schmiedestück auf ihren Schenkeln nur die beiden Wagenräder, an denen die Kettenräder für den Antrieb befestigt sind. Beim Durchfahren von Kurven und Wegebiegungen müssen die Wagenräder, den Krümmungsradien der Fahrbahn entsprechend, verschiedene Geschwindigkeiten annehmen können. Um den vom Motor gemeinschaftlich angetriebenen Hinterrädern zu ermöglichen, ihre Geschwindigkeit den Kurven anzupassen, wie es die frei auf den Achsschenkeln sich drehenden Vorderräder ohne weiteres tun, ist zwischen die Antriebsachsen ein Differentialgetriebe eingeschaltet, welches das zwanglose Vor- oder Nacheilen des einen oder andern Hinterrades gestattet. Dieses Getriebe ist, wie schon bemerkt, beim Cardanwagen in der Hinterachse und beim Kettenwagen zwischen den beiden Kettenantriebswellen im Wechselgetriebegehäuse eingebaut. Das Wesen des Differentialgetriebes ist aus Fig. 20 ersichtlich. Die beiden Differentialwellen A A₁ erhalten ihren Antrieb indirekt von dem Kegelräderpaar B B₁ An B₁ ist das die Differentialräder aufnehmende Gehäuse C angeschlossen, dessen Achse D durch Zwischenschaltung der Umlaufräder E E₁ die Differentialräder F F₁ mitnimmt. Die Räder F F₁ drehen sich frei im Gehäuse C und sind mit den Achsen A A₁ gekuppelt. Solange der Widerstand der beiden Wagenräder gleichgroß ist, findet keinerlei Bewegung der Räder E und F im Gehäuse C statt; sobald aber der Widerstand auf der einen Seite sich ändert, führen E und F Relativbewegungen gegeneinander aus und schaffen so einen vorübergehenden Geschwindigkeitsausgleich. Das Differential tritt daher nicht nur beim Befahren von Kurven in Tätigkeit, sondern auch dann, wenn durch die Beschaffenheit der sonst geraden Fahrbahn das. eine oder andre Hinterrad mehr oder weniger Widerstand am Boden findet, wodurch es bei[514] nassem Wetter das so sehr gefürchtete Schleudern des Wagens fördert. Die Hinterachse ist beim Kettenwagen nur auf Biegung beansprucht. Die Ermittlung der Achsschenkeldurchmesser der auf Kugellager laufenden Räder erfolgt analog dem der Vorderachsschenkel. Die Schrägstellung der Schenkel ist bei der Hinterachse geringer, nur etwa 1¹/₂%, damit die Ebene des auf der horizontalen Vorgelegewelle befestigten treibenden Kettenrades nicht zu sehr von derjenigen des auf dem Achsschenkel geneigt sitzenden getriebenen Rades abweicht und das zwanglose Auf- und Ablaufen der Kette nicht zu sehr gestört wird. – Die in der hohlen Hinterachse laufenden Wellen beim Cardanantrieb sind auf Biegung und Drehung beansprucht. Der Hohlkörper, die Cardanbrücke, erleidet Biegungs- und beim Bremsen der Hinterräder auch Drehungsspannungen. Da die ersteren die Abdichtungsfugen des die konischen Räder einschließenden Gehäuses zu öffnen suchen, so wird die Brücke häufig mit einem Sprengwerk in Form einer einfachen Zugstrebe versehen. Auf die Neigung der Hinterräder, der Unterachse, wird beim Cardanantrieb meistens verzichtet, weil in diesem Falle statt des einen Kegelradpaares deren zwei eingebaut werden müssen und die hierdurch entstehende Verteuerung des Antriebes in keinem Verhältnis zum erreichten Vorteil steht. Das Material der auf zusammengesetzte Beanspruchung zu berechnenden Wellen muß zähe sein und die Gesamtspannung soll 900 kg/qcm nicht übersteigen. Das nicht abgefederte Gewicht beeinflußt die Federung im ungünstigen Sinne, die ganze Hinterachse soll daher möglichst leicht gehalten und die einzelnen Abmessungen nur nach den jeweils wirkenden Kräften bestimmt werden. Die Kegelantrieb- und bei guten Wagen auch die Differentialräder bestehen aus demselben Material wie die Wechselräder, hinsichtlich deren Beanspruchung und Bearbeitung das dort Gesagte gilt.

Die Lenkung des Fahrzeuges geschieht durch Verstellen der beiden Vorderräder in bezug auf die Längsachse des Wagens. Die Lenkvorrichtung selbst besteht in ihrer einfachsten Form aus den an den Vorderachsschenkeln befestigten Hebeln, die mit dem Lenkspindelhebel mittels Stangen und Bolzen so verbunden sind, daß je nach der Richtung, nach welcher der Fahrer das auf der Lenkspindel befestigte Handrad dreht, der Wagen nach rechts oder links ausweicht. Die Anordnung des Gestänges soll so gewählt werden, daß das Federspiel der Vorderachse keinerlei Rückwirkung auf die Lenkung auszuüben vermag. Beim Einstellen des Lenkgestänges werden die Vorderräder vorne etwas enger als hinten gestellt, weil erfahrungsmäßig bei rascher Fahrt des Wagens die Achse mit Lenkschenkeln und Hebeln durch den Widerstand, den die Räder am Boden finden, nach rückwärts gebogen werden. Die Stellung der Räder während der Fahrt ist demnach von derjenigen am stillstehenden Wagen verschieden, und es hat dieses sogenannte Vorachsgeben, welches etwa 1% vom Raddurchmesser betragen kann, den Zweck, die Räder bei höchster Geschwindigkeit, also gerade dann, wenn der Fahrbahnwiderstand am größten und die Lenkung am schwierigsten ist, wieder in die parallele Lage zueinander zu bringen. Um Stöße in der Lenkung, wie sie bei den Unebenheiten der Straßen unvermeidlich sind, vom Fahrer abzuhalten, wird die Lenkspindel mit selbsthemmendem Gewinde versehen. Fig. 21 zeigt diesen Teil der Lenkung; die in dem öldichten Gehäuse eingeschlossene Spindel A mit dreigängigem Gewinde trägt die Mutter B, die von den Gabeln des Lenkhebels C mittels Zapfen und Gleitstücken umschlossen wird; beim Drehen der Spindel schiebt sich die Mutter auf und ab und bewegt so den Hebel nach vor- oder rückwärts.

Das Gesamtübersetzungsverhältnis zwischen dem an den Vorderrädern in der Radebene angreifenden Widerstand und der vom Fahrer am Handrad aufzuwendenden Kraft ist je nach der Größe des Wagens 1 : 8 bis 1 : 15. Der Durchmesser des Lenkrades schwankt zwischen 350 und 450 mm. Gewöhnlich bedient der Fahrer die Lenkung nur mit einer Hand, der linken, und nur im Notfalle mit beiden, die einzelnen Teile der Vorrichtung müssen für diesen Fall so kräftig gehalten sein, daß sie eine am Handrad angreifende Umfangskraft von 30 kg mit Sicherheit und ohne bleibende Deformation übertragen können.

Die Wagenräder der Automobile verlangen besondere Sorgfalt in der Herstellung und Auswahl der hierzu verwendeten Materialien. Die Nabe ist Stahl, bei kleinen und billigen Wagen auch Stahlguß; zu den Speichen und der Felge muß bestes und zähestes Holz verwendet werden. Der Felgenkranz besteht durchgehends aus zwei im Halbkreis gebogenen Bügeln, in welchen die Speichen verzapft sind. Da das Rad nicht nur senkrecht zur Nabe, sondern auch seitlich beansprucht wird, wie beim Anfahren an Bordsteine, so erhalten die Speichen eine geringe Neigung im Rad, den Sturz. Die Speichen liegen hierbei auf einem Kegelmantel mit der Spitze nach innen in der Achsmitte; auf diese Weise wird das Rad seitlich versteift und ist gegen Stöße, die parallel zur Achse auftreten, widerstandsfähiger. Räder mit Drahtspeichen, wie sie bei Fahrrädern üblich sind, haben sich nicht bewährt. Als Bereifung findet man bei den Tourenwagen fast nur noch den Pneumatik- oder Luftkissenreifen, der mit zunehmender Geschwindigkeit der Fahrzeuge alle andern Bereifungsarten nach und nach verdrängte. Ueber die Holzfelge wird hierbei eine dem aufzuziehenden Gummireifen entsprechend profilierte Reifenfelge aus Stahl geschrumpft, die zur Befestigung des Reifens dient und zugleich dem Rad den nötigen Zusammenhalt gibt. Die zu Anfang verwendeten Vollgummireifen kommen nur noch bei schweren und langsam fahrenden Omnibussen und Lastwagen zur Verwendung. Die Luftkissenreifen[515] oder Pneumatiks (s. Fig. 22) bestehen aus dem inneren Luftschlauch und dem äußeren Laufmantel oder der Decke. Der aus reinem Gummi bestehende Schlauch erhält ein durch die Radfelge gehendes, selbsttätig schließendes Ventil (Fig. 23), durch welches er mittels einer kleinen Handpumpe mit Luft auf die erforderliche Pressung von 4–6 Atmosphären aufgepumpt wird. Der ebenfalls aus Gummi mit versteifenden Leinwandeinlagen hergestellte Mantel erhält seitliche Wulste, die sich in das Profil der Stahlfelge legen und beim Aufpumpen des Schlauches sich fest in diese pressen. Außerdem wird der Mantel noch durch einige Schrauben mit Flügelmuttern am Umfang des Rades befestigt.

Die Pneumatiks werden in verschiedenen Größen hergestellt. Nachstehende Tabelle gibt für einige Profile die Tragfähigkeit pro Rad in Kilogramm und die zulässige stündliche Höchstgeschwindigkeit in Kilometern an.

Zur Verminderung des bereits erwähnten Schleuderns werden ein oder mehrere Räder des Wagens mit sogenannten Gleitschutzreifen versehen, deren Mäntel mit über die Lauffläche vorstehenden Nietköpfen versehen sind, die sich nach Art der mit Nägeln beschlagenen Bergschuhe in den weichen Grund der Fahrbahn eindrücken.

Bremsen. Die Polizeibehörden schreiben für jeden Motorwagen zwei voneinander unabhängig wirkende Bremssysteme vor; hiervon sitzt das eine auf der Getriebe- oder den Vorgelegewellen, das andre auf den Hinterrädern. Die Getriebebremsen sind meistens Außenbandbremsen, bei denen sich um die auf der Welle befestigte Trommel aus Stahlguß ein Stahlband legt, das mit auswechselbaren gußeisernen Segmenten garniert ist. Die Betätigung dieser Bremsen geschieht mittels Hebel und Gestänge, die beim Niederdrücken eines Fußhebels, ähnlich dem der Kupplung, dem Bremspedal, das Bremsband anziehen. Bremspedal und Kupplungspedal sind so nebeneinander angeordnet, daß die Kupplung vom linken, die Bremse vom rechten Fuß des Fahrers bedient werden. Die auf den Hinterrädern sitzenden Bremsen sind der Mehrzahl nach Innenbandbremsen, bei welchen ein aufgeschnittener Metallring mittels Kniehebels oder Daumens (s. Fig. 24) gegen den inneren Umfang der mit der Radnabe seit verbundenen oder mit dem Kettenrad aus einem Stahlgußstück bestehenden Bremstrommel gepreßt wird. Die Bremse wird vom Fahrer durch einen Handhebel bedient, der sich neben dem Wechselhebel befindet, und führt den Namen Handbremse zum Unterschied von der auf der Getriebewelle sitzenden und durch Pedal betätigten Fußbremse. Das Gestänge für die Bedienung der Hinterradbremsen und sofern am Getriebe mehr als eine Bremse sitzen, auch dort, muß mit einer Ausgleichvorrichtung versehen sein, damit beim Anziehen der Bremsen, der Schleudergefahr wegen, unter allen Umständen die Bremswirkung überall gleichmäßig und gleichzeitig auftritt. Fuß- und Handbremse sollen jede für sich imstande sein, die Hinterräder so festzuhalten, daß diese nötigenfalls auf mäßig trockener Straße mit dem Wagen weiterschleifen müssen. Der Reibungskoeffizient zwischen Pneumatikreifen und mitteltrockener Straße kann = 0,5 gesetzt werden, womit der am äußeren Umfang der Hinterräder wirkende Bremswiderstand gleich der halben Belastung der Hinterachse wird. Ist Q die Belastung dieser Achse in Kilogramm und D der äußere Durchmesser der Hinterräder, so wird die Umfangskraft P an den Bremstrommeln vom Durchmesser d_r bezw. d_g

für die Handbremsen und

für die Getriebebremsen mit η = Uebersetzungsverhältnis zwischen Getriebewelle und Hinterachse. Sind S₁ und S₂ die Zugkräfte an den Enden des Bandes bei Außenbremsen bezw. Druckkräfte auf die Ringenden bei Innenbremsen, so ist P = S₂ – S₁. Der Umschlingungsbogen ist bei Außenbremsen etwa 270° und bei Innenbremsen für jede Ringhälfte 170°. Für diese Werte wird im ersteren Falle S₂ = 2,2S₁, S₁ = 0,83 P_g, S₂ = 1,83 P_g und im zweiten Fall S₂ = 1,76 S₁,

Die größte spezifische Pressung p auf die Bandoberfläche von der Breite b folgt aus der Beziehung

Der Bremsweg s in Metern, den ein Fahrzeug vom Gewicht G in Kilogramm und der sekundlichen Geschwindigkeit v in Metern[516] nach erfolgtem Anziehen der Bremsen in der Ebene noch zurücklegen wird, ergibt sich unter der früheren Annahmen aus

Ein Fahrzeug von 1650 kg Gewicht und 40 km stündlicher Geschwindigkeit, also v = 11,1 m, dessen Hinterachse mit 1050 kg belastet ist würde demnach vom Beginn der Bremswirkung bis zu seinem Stillstand noch einen Weg s = (1650 · 11,1²)/(1050 · 9,81) ≅ 20 m zurücklegen. Beträgt der Raddurchmesser 810 mm und der Durchmesser der auf diesen Rädern sitzenden Bremstrommeln 300 mm, so wird P_r = (1050 · 81)/(2 · 2 · 30) = 710 kg pro Rad bezw. 315 kg pro Ringhälfte. Der Druck auf die Flanken der Bremsdaumen (s. Fig. 24) ist für beide Räder zusammen = (1,33 + 2,33) · 2 · 315 = 2600 kg; übt daher der Fahrer einen Zug von 50 kg am Handhebel aus, so muß in dem Bremsgestänge ein Uebersetzungsverhältnis von 50 : 2600 = 1 : 52 vorhanden sein. Der größte Flächendruck p auf den 5,5 cm breiten Bremsring ist p = 2/30 · (2,33 · 315)/5,5 = 10 kg/qcm. Die Fußbremse an diesem Wagen hat einen Trommeldurchmesser von 180. mm. Da η = ¹/₄ ist, wird P_g = (1050 · 81)/(2 · 4 · 18) = 590 kg. Der Zug S₁ im Bremsband ist 0,83P_g = 490 kg und die Uebersetzung im Bremsgestänge mit max. 50 kg Fußdruck = 50 : 490 ≅ 1 : 10. Die Breite des Bremsbands ist 6,5 cm, so daß der größte Flächendruck p = 2/18 · (1,83 · 590)/6,5 = 18,5 kg/qcm wird.

Bergstütze. Für jeden Motorwagen ist polizeilich eine Bergstütze vorgeschrieben, zum Zwecke, den Wagen bei Bergfahrten und möglichem Versagen der Bremsen aufzuhalten. Die Stütze wird am besten aus einem Stahlrohr hergestellt, das einerseits ein Auge mit Bolzen erhält und drehbar am Wagenrahmen aufgehängt wird. Während der Fahrt wird die Stütze mittels Drahtseils hochgezogen und durch Ring und Haken gehalten. Statt der Bergstützen verwendet man auch Gesperre mit Sperrad und Klinke; es ist indessen verkehrt, das Gesperre auf die Getriebewelle zu setzen, weil bei Kettenbruch seine Verwendung aufhört. Richtiger ist sein Einbau in die Hinterräder, damit man in jedem Falle in der Lage ist, den Wagen durch das Gesperre zum Stehen zu bringen.

Federn. Die große Fahrgeschwindigkeit der Automobile verlangt eine vorzügliche Federung des Wagenrahmens. Diese hat nicht nur großen Einfluß auf den ruhigen Gang des Fahrzeuges, sondern auch auf den Kraftverbrauch des Motors, insofern als alle auf der unebenen Fahrbahn auftretenden Stöße, Beschleunigungs- und Hebearbeiten der Wagenmassen, einen Teil der Motorleistung aufzehren bezw. die Geschwindigkeit des Wagens vermindern. Als Federn werden ausschließlich Blattfedern verwendet, die auf den Radachsen beteiligt und mit dem Rahmen durch Gehänge gelenkig verbunden sind. Beim rechnerischen Verfolg des Federspiels, unter Berücksichtigung der Massenwirkung des Fahrzeuges und dem Versuch, die günstigsten Federabmessungen hieraus abzuleiten, flößt man auf Schwierigkeiten, die ohne vereinfachende Annahmen nicht zu überwinden sind. Man behilft sich daher bei der Federberechnung in der Weise, daß die Länge und Blattbreite angenommen und die Anzahl der Blätter und ihre Dicken nach der von der Feder am stillstehenden Wagen zu tragenden Last auf Biegung berechnet werden. Je länger die Feder wird, desto weicher und nachgiebiger wird sie gegen Stöße sein; die Breite der Blätter muß in einem gewissen Verhältnis zur Belastung stehen, bei zu schmalen Blättern wird die Gesamthöhe der Feder zu hoch und infolgedessen diese zu steif; ist die Breite zu groß, so erhält die Feder zu wenig Blätter und verliert dadurch ebenfalls an Nachgiebigkeit. Bedeutet L die Länge der einfachen Blattfeder von Mitte zu Mitte Bolzenauge in Zentimetern (s. Fig. 25) und P die auf ihr ruhende Last in Kilogramm, so erhält man mit L = 14,5∛P für Vorderfedern bezw. L = 16∛P für Hinterfedern durchaus brauchbare Abmessungen. Die Blattbreite b schwankt zwischen 0,04 und 0,045L. Die Sprengung oder Pfeilhöhe f der belasteten Feder wechselt zwischen 0,8 bis 1,1b, zu große Sprengung macht die Feder unnötig steif. Das die Bolzenaugen tragende Hauptblatt ist das stärkste; seine Dicke s₀ beträgt 0,15–0,18b, nach unten werden die Blätter schwächer, derart, daß die Dicke des untersten nur noch 0,6–0,7s₀ ausmacht. Das biegende Moment M_b in der Feder hat an der Einspannstelle den Wert M_b = (P · l)/2, das Widerstandsmoment ist

somit die größte[517] Biegungsspannung, d.i. im obersten Blatt, k_b = M_b/W. Mit Rücksicht auf die beim unvorsichtigen Ueberfahren der in den Dorfstraßen zuweilen angelegten Wasserrinnen auftretenden starken Stöße sollte k_b nicht höher als 4000–4500 kg/qcm gewählt werden. Die rechnerische Ermittlung der Pfeilhöhe aus f = (P · l³)/ 4 J E als Dreiecksfeder kann sehr stark beeinflußt werden durch die Art der Ausführung der Feder; man tut daher wohl daran, sie vor dem Einbau in den Wagen durch direkte Belastung zu prüfen. Zur Dämpfung der Federschwingungen und zum Schutz gegen Federbrüche werden zuweilen Federdämpfer angewendet. Einen solchen Dämpfer nach Patent Truffault zeigt Fig. 26 in seiner Anordnung am Wagen, während Fig. 27 die Einzelheiten in vergrößertem Maßstabe wiedergibt. Seine Wirkung beruht darauf, daß das gemeinschaftliche Gelenk der beiden Arme A und B, wovon der eine mit dem Rahmen, der andre mit der Radachse beweglich verbunden ist, das Federspiel durch die zwischen den Scheiben a, b und c auftretende Reibung hemmt bezw. dämpft.

Lager. Die Achsen und Wellen der Automobile laufen zur Verminderung der Reibungswiderstände fast sämtlich auf Kugellagern (s. Fig. 16–20).

Die gehärteten, aus bestem Gußstahl bestehenden Kugeln sind zwischen zwei Laufringen aus demselben Material gehalten und rollen in ihnen; der innere Ring sitzt fest auf der Achse, während der äußere satt, aber verschiebbar in die Nabe bezw. das Gehäuse eingepaßt ist. Die Lager besitzen, wenn sorgfältig hergestellt und nicht überlastet, bei geringer Wartung eine große Lebensdauer. Für die Kurbelwellen der Motore haben sie sich indessen nicht bewährt; man ist hierfür vielmehr wieder zu den gewöhnlichen Gleitlagern in Weißmetallausguß zurückgekehrt. – Die Kugellager werden von den Spezialfabriken für ein und dieselbe Bohrung oder den inneren Durchmesser d in drei verschiedenen äußeren Durchmessern D und Breiten B hergestellt, wie die vorgehende Tabelle zeigt.

Wagenaufbau (Karosserie). Dieser Zweig umfaßt die Stellmacher-, Sattler- und Lackiererarbeiten und bildet eine Industrie für sich oder wird zum Teil von den Automobilfabriken selbst betrieben. Man unterscheidet hier zwischen offenen und geschlossenen Wagen; die ersteren werden meistens als Doppelphaethon (s. Fig. 28) ausgeführt und erhalten dann häufig ein abnehmbares Verdeck[518] zum Schutz gegen Regen und Schnee, Landaulets nach Fig. 29 können entweder geschlossen oder halboffen gefahren werden. Ganz geschlossene Wagen, die Limousinen (Fig. 30), finden vornehmlich für den Stadtverkehr Verwendung, sie eignen lieh aber auch in der kälteren Jahreszeit für längere Ueberlandfahrten. Zuweilen wird bei ihnen der obere Teil zum Abheben eingerichtet; diese Einrichtung ist indessen nur bei ganz sorgfältiger Ausführung zu empfehlen, da leicht ein Verziehen von Ober- und Unterteil eintritt, wodurch das Abnehmen bezw. Wiederaufsetzen erschwert, wenn nicht ganz unmöglich gemacht wird.

Der Wagenkasten besteht aus einem Gerippe von zähem Holz, das außen mit Blech (Aluminium, Kupfer oder Eisen) beschlagen oder mit dünnen Brettern verschalt wird; das Gerippe wird innen ausgepolstert und mit Leder oder Tuch überzogen, die Außenwand erhält nach mehrmaligem Spachteln und Schleifen einen guten Lackanstrich.

Die heftigen Erschütterungen, denen die Fahrzeuge bei großer Geschwindigkeit ausgesetzt sind, in Verbindung mit dem unvermeidlichen Straßenschmutz und -staub stellen an den Wagenbauer die höchsten Anforderungen; der Stellmacher darf am Rohbau nichts vernachlässigen, Türen und Fenster müssen gut und dicht schließen, die Lackierung muß mit den besten Materialien ausgeführt werden, wenn anders der Wagen bei dem vielen unumgänglichen Abwaschen dauernd schön ausleben soll. Die Kissen und Lehnen dürfen weder zu hart noch zu weich gepolstert werden, das verwendete Leder oder Tuch muß von bester Beschaffenheit sein, minderwertiges Material oder mangelhafte Polsterarbeit werden schon nach den ersten Ausfahrten entdeckt. Verschiedene Luxuswagenbauer für Pferdebespannung haben deshalb den bereits angefangenen Bau von Karosserien für Automobile wieder aufgegeben, weil eben die Anforderungen hier ganz andre als dort sind und sie der Schwierigkeiten nicht Herr werden konnten.

Ueber die Leistungen der Motoren, Wagengewichte und Wagengeschwindigkeiten lassen sich keine allgemein gültigen Angaben machen, da die einzelnen Konstruktionen ziemlich voneinander abweichen. Für mittlere Verhältnisse und offene normale Tourenwagen kann die nachgehende kleine Tabelle gelten:

Lastwagen. Zum Transport von Laden und Gütern werden besonders kräftige, langsamfahrende Lastwagen gebaut, die bis zu 5000 kg Tragfähigkeit bei einer Geschwindigkeit von 15–18 km/Stunde besitzen. Am Untergestell findet man dieselben Teile wie beim Tourenwagen, selbstredend den wirkenden Kräften entsprechend stark gehalten; der Antrieb auf die Hinterräder geschieht fast immer durch Gelenkketten, weil die nötige Uebersetzung ins Langsame sich einfacher als beim Cardanantrieb durchführen läßt. Eine Ausnahme hiervon macht die Konstruktion von Daimler, Zweigniederlassung in Marienfelde, bei welcher auf den Hinterrädern große Innenzahnkränze befestigt sind, die von kleinen, auf der Vorgelegewelle sitzenden Ritzeln angetrieben werden. Der Antrieb der Hinterachse mittels Schaltwerkes, wie ihn R. Hagen seinerzeit einführte, ist, weil er nicht befriedigte, inzwischen wieder von der Bildfläche verschwunden. Für die Rentabilität des Lastwagenbetriebes ist die Bereifung der Räder von einschneidender Bedeutung. Räder mit gewöhnlichen Eisenreifen übertragen alle Erschütterungen trotz der Abfederung auf das Untergestell und den gesamten Wagen, der Verschleiß wird daher größer sein als bei Rädern mit Vollgummireifen, die infolge ihrer Elastizität die Stöße mehr vom Wagen fernzuhalten vermögen. Ihre Abnutzung ist auf Landstraßen aber ganz erheblich,[519] und es sind aus diesem Grunde Gummireifen für Ueberlandfahrten wenig geeignet; im Stadtverkehr dagegen mit gutem Pflaster oder eingewalzten Straßen sind sie lehr zu empfehlen, da die Kosten für Reparaturen im Vergleich zur Eisenbereitung erheblich vermindert werden. Fig. 31 zeigt ein Lastwagenuntergestell mit Rädern für Eisenbereitung, der Aufbau wird dem jeweiligen Zweck entsprechend ausgebildet.

Meistens verlangen die Straßenbaubehörden bei Eisenbereitung für einen gegebenen Raddruck eine bestimmte Mindeststreifenbreite. Die englischen Vorschriften berücksichtigen hierbei neben dem Raddruck auch den Raddurchmesser, da naturgemäß für die Auflagefläche außer der Reifenbreite auch der Raddurchmesser in Frage kommt. Die folgende Tabelle gibt Aufschluß über die zulässigen Höchstbelastungen pro Rad in Kilogramm bei gegebener Reifenbreite und verschiedenen Raddurchmessern nach den englischen Vorschriften.

Mit geringen Aenderungen werden die Untergestelle von Motorlastwagen auch für Motoromnibusse verwendet. Kleinere Omnibusse mit verhältnismäßig geringerem Gewicht werden mit besonders starken Luftkissenreifen versehen, die Räder schwerer Fahrzeuge erhalten dagegen massive Gummireifen und zwar die Vorderräder einfache, die Hinterräder, der größeren Belastung wegen und zur Verminderung des Schleuderns, Doppelreifen. Statt der Holzräder werden mit dieser Bereifung vielfach Räder in Stahlguß angewendet. Es scheint aber, daß sie nur auf den glatten Straßen der Städte vollauf befriedigen, auf holperigen Landstraßen dagegen nicht selten Speichenbrüchen ausgesetzt sind. Einen Anhalt für die zulässige Belastung von Vollgummireifen in den gebräuchlichsten Profilen und Durchmessern gibt die untenstehende Tabelle:

Der Motoromnibusbetrieb hat sich in den letzten Jahren mächtig entwickelt. Außer den Omnibuslinien in Großstädten, die teilweise neben den Straßenbahnen verkehren, sind vornehmlich die ins Leben gerufenen Linien auf dem Lande, die entlegene Ortschaften unter sich und mit der nächstgelegenen Bahnstation verbinden, von Bedeutung. Nicht selten wird diesen Linien auch der Postverkehr übertragen, wodurch ihnen von vornherein eine gewisse Einnahme sichergestellt ist. Einen Omnibus dieser Art zeigt Fig. 32. Der Führersitz ist zum Schutz gegen Unwetter ganz geschlossen; das geräumige Wageninnere ist gut ventiliert, bei heißem Wetter[520] können die Fenster ganz heruntergelassen werden, oben auf dem Wagenkasten ist eine Galerie zur Aufnahme von Gepäckstücken vorgesehen.

III. Mit Dampf betriebene Motorwagen.

Neben den durch Benzinmotoren betriebenen Wagen sind auch Dampfwagen im Gebrauch, die lieh aber als Straßenfahrzeuge bis jetzt nicht so recht Eingang verschaffen konnten. Vornehmlich war es Serpollet, der jahrzehntelang an der Vervollkommnung seines Dampfwagens arbeitete und auch ganz beachtenswerte Erfolge damit erzielte. Der wesentlichste Teil an den Dampfwagen ist der Kessel; er besteht bei Serpollet aus einer Anzahl Rohrschlangen mit teilweise nierenförmigem Querschnitt. In die auf Dunkelrotglut erhaltenen Schlangen wird nur jeweils so viel Wasser eingepumpt, als die Maschine gerade an Dampf verbraucht. Die Explosionsgefahr ist zwar dadurch unter allen Umständen vermieden, in wechselndem Gelände ist aber durch das Fehlen jeglichen Wasser- und Dampfraumes die Bemessung der Speisewassermenge und die Bedienung der Feuerung sehr schwierig. Eine erhebliche Verbesserung weist in dieser Beziehung der Dampfwagen von Stoltz auf; der Kessel besteht hier aus mehreren nebeneinander stehenden Rohrplatten, die unter sich durch außerhalb der Kesselbekleidung liegende Sammelrohre verbunden sind. Zwischen den Platten liegen schlangenförmig gebogene Ueberhitzerrohre und über dem Plattensystem die ähnlich gebogenen Vorwärmerrohre. Die aus Stahl bestehenden Rohrplatten (s. Fig. 33) sind aus dem vollen Material in der Weise herausgearbeitet, daß die äußeren Formen gefräst und die horizontalen und vertikalen Hohlräume und Verbindungslöcher auf Spezialmaschinen mittels Spiralbohrer gebohrt werden. Die Betriebsspannung beträgt 50 Atmosphären. Die Platten werden aber mit 100 Atmosphären Wasserdruck geprüft. Die Feuerung kann sowohl für festen als flüssigen Brennstoff eingerichtet werden. Der auf ca. 380° C. überhitzte Dampf gelangt in einer liegend eingebauten umsteuerbaren Verbundmaschine mit Ventilsteuerung zur Arbeitsleistung. Der Abdampf wird in einem Kondensator niedergeschlagen und als Kondenswasser wieder zur Kesselspeisung mitverwendet. Fig. 34 zeigt einen Dampflastwagen, wie er von der Hannoverschen Maschinenbauaktiengesellschaft vormals Georg Egestorff in Hannover nach Patent Stoltz gebaut wird. Vorne über der Vorderachse ist der Kessel und zwischen Vorder- und Hinterachse die Dampfmaschine mit Getriebe eingebaut. Der Antrieb auf die Hinterräder geschieht auch hier durch Ketten. Eine Besonderheit weist die Bereifung dieser in Stahlguß hergestellten Räder auf insofern, als die Eisenreifen auf Gummilage aufgepreßt werden in der Absicht, das Geräusch zu dämpfen und die Stöße zu mildern.

Als Motorgetriebewagen im Eisenbahnbetrieb haben die Dampfwagen schon seit Jahren vielfach Aufnahme gefunden. Der in Fig. 35 abgebildete Heißdampfmotorwagen Bauart Kittel, wie ihn die Maschinenfabrik Eßlingen in Eßlingen für die Württembergische Staatseisenbahn geliefert hat, besitzt einen am vorderen Ende des Wagens im Führerhaus aufgestellten stehenden Heizröhrenkessel, der bei verhältnismäßig geringem Wasserinhalt eine große Verdampfungsoberfläche und großen Dampfraum hat. Die Ueberhitzerrohrschlangen sind in die oben gelegene Rauchkammer eingebaut. Als Brennmaterial dient kleine Nußkohle. Der Motor ist eine Zwillingsdampfmaschine in der bei Lokomotiven angewendeten Bauart und Anordnung mit Umsteuerung durch Handhebel. Der Wagen ruht auf zwei Achsen, von denen die eine als feste Treibachse vom Motor unmittelbar angetrieben wird, während die andre als freie Lenkachse ausgebildet ist. Das wie üblich ausgeführte Untergestell ist mit dem Rahmengestell, das die Dampfmaschine trägt, fest zusammengebaut und auf den Achsen federnd gelagert. Das vorn[521] angeordnete Führerhaus ist wesentlich breiter gehalten als der Wagenkasten, damit der Führer auch bei Rückwärtsfahrt des Wagens das Geleise frei überblicken kann, ohne sich herausbeugen zu müssen, ein Drehen des Wagens an den Endstationen ist also nicht nötig. Der Raum für die Fahrgäste hat einen durchlaufenden Mittelgang und seitliche Quersitze, er ist mit dem Führerhaus durch einen Gang verbunden, der durch eine Schiebetüre abschließbar ist. Der dem Führerstand zunächstgelegene Abteil, ebenfalls durch Schiebetüre von diesem aus zugänglich, besitzt aufklappbare Sitze und kann auch als Gepäck- und Postraum benutzt werden. Der Dampfwagen ist genügend leistungsfähig, um einen oder gar zwei Anhängewagen bis zu 30 t Gesamtgewicht auf nicht zu großen Steigungen mitführen zu können. Die Gewährleistungen sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

In diesen Getriebewagen haben die Eisenbahnverwaltungen jedenfalls ein vortreffliches Betriebsmittel, um in Gegenden mit schwacher Bevölkerung den Personenverkehr zu heben, und es steht zu erwarten, daß auch diejenigen Verwaltungen, die sich bis jetzt noch ablehnend verhalten, in Bälde hierzu übergehen werden.

Literatur: [1] Elektrische Droschken mit Akkumulatoren der London Electrical Cab Co., Ind. and Iron, (mit 5 Figuren), 1897, S. 159. – [2] Elektrische Motorwagen der Württemberg. Staatsbahn, Der Motorwagen 1898, S. 8. – [3] Elektrische Droschken in Paris, Le Génie civil 1899, S. 373. – [4] Wettbewerb für Akkumulatoren auf Motorwagen, ebend. 1900, S. 171. – [5] Radnabenmotor der Hub Motor Co. in Chicago, Electrical World and Engineer 1900, S. 173. – [6] Elektrische Automobile der französ. Postverwaltung, Zeitschr. des Ver. deutsch. Ing. 1905, S. 456. – [7] Elektrisch betriebene Motorwagen auf der Automobilausstellung in Berlin 1906, ebend. 1907, S. 561. – [8] Die elektrischen Bahnen auf der Ausstellung in Mailand 1906, ebend. 1907, S. 161 (mit Abbildungen elektrischer Motorwagen). – [9] Güldner, Hugo, Das Entwerfen und Berechnen von Verbrennungsmotoren, Berlin 1903. – [10] Küsters Autotechnische Bibliothek, Leipzig 1906. – [11] Valentin, Ernst, und Huth, Fritz, Entwerfen und Berechnen von Kraftwagen,[522] Hannover 1907; Stavenhagen, W., Der gleislose Kraftwagen in militärischer Bedeutung, Oldenburg 1908; zahlreiche Abhandlungen über Motorwagen in der Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing., in der Fachzeitschr. »Der Motorwagen« und der Zeitschr. des Mitteleuropäischen Motorwagenvereins; Hochdruckdampfmotorwagen, Zeitg. des Ver. deutsch. Eisenbahnverwalt. 1902, 12. Sept., und 1905, I. – [12] Bedeutung der Straßenlokomotiven für den Verkehr in England, Zentralbl. der Bauverwalt. 1904, 18. Juni. – [13] The Pyrodyen steam wagon, Engin. 1904, S. 387. – [14] Ergebnisse der Motorwagenlinien der Bayr. Eisenbahnverwaltung, Zeitschr. des Ver. deutsch. Ing. 1905, S. 2121. – [15] Motorwagen im Eisenbahnbetriebe, ebend. 1905, S. 1541, 1634, 1705. – [16] Der Eisenbahnmotorwagen der Maschinenfabrik Eßlingen, ebend. 1906, S. 860. – [17] Motorlastzug mit Dampfbetrieb, ebend. 1906, S. 923 (mit Abbildungen); 1907, S. 121 ff.

G. Schwarz.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 7.

Fig. 8.

Fig. 9.

Fig. 10.

Fig. 11., Fig. 12.

Fig. 13.

Fig. 14., Fig. 15.

Fig. 16.

Fig. 17.

Fig. 18.

Fig. 19.

Fig. 20.

Fig. 21.

Fig. 22.

Fig. 23.

Fig. 24.

Fig. 25., Fig. 26.

Fig. 27.

Fig. 28.

Fig. 29.

Fig. 30.

Fig. 31.

Fig. 32.

Fig. 33.

Fig. 34.

Fig. 35.